package com.sun.java.sort;

import java.util.Random;

/**
 * 排序测试类
 *
 * 排序算法的分类如下：
 * 1.插入排序（直接插入排序、折半插入排序、希尔排序）；
 * 2.交换排序（冒泡泡排序、快速排序）；
 * 3.选择排序（直接选择排序、堆排序）；
 * 4.归并排序；
 * 5.基数排序。
 *
 * 关于排序方法的选择：
 * (1)若n较小(如n≤50)，可采用直接插入或直接选择排序。
 * 　当记录规模较小时，直接插入排序较好；否则因为直接选择移动的记录数少于直接插人，应选直接选择排序为宜。
 * (2)若文件初始状态基本有序(指正序)，则应选用直接插人、冒泡或随机的快速排序为宜；
 * (3)若n较大，则应采用时间复杂度为O(nlgn)的排序方法：快速排序、堆排序或归并排序。
 *
 */
public class SortTest {
 
       /**
        * 初始化测试数组的方法
        * @return 一个初始化好的数组
        */
       public int[] createArray() {
              Random random = new Random();
              int[] array = new int[10];
              for (int i = 0; i < 10; i++) {
                     array[i] = random.nextInt(100) - random.nextInt(100);//生成两个随机数相减，保证生成的数中有负数
              }
              System.out.println("==========原始序列==========");
              printArray(array);
              return array;
       }
 
       /**
        * 打印数组中的元素到控制台
        * @param source
        */
       public void printArray(int[] data) {
              for (int i : data) {
                     System.out.print(i + " ");
              }
              System.out.println();
       }
 
       /**
        * 交换数组中指定的两元素的位置
        * @param data
        * @param x
        * @param y
        */
       private void swap(int[] data, int x, int y) {
              int temp = data[x];
              data[x] = data[y];
              data[y] = temp;
       }
 
       /**
        * 冒泡排序----交换排序的一种
        * 方法：相邻两元素进行比较，如有需要则进行交换，每完成一次循环就将最大元素排在最后（如从小到大排序），下一次循环是将其他的数进行类似操作。
        * 性能：比较次数O(n^2),n^2/2；交换次数O(n^2),n^2/4
        *
        * @param data 要排序的数组
        * @param sortType 排序类型
        * @return
        */
       public void bubbleSort(int[] data, String sortType) {
              if (sortType.equals("asc")) { //正排序，从小排到大
                     //比较的轮数
                     for (int i = 1; i < data.length; i++) {
                            //将相邻两个数进行比较，较大的数往后冒泡
                            for (int j = 0; j < data.length - i; j++) {
                                   if (data[j] > data[j + 1]) {
                                          //交换相邻两个数
                                          swap(data, j, j + 1);
                                   }
                            }
                     }
              } else if (sortType.equals("desc")) { //倒排序，从大排到小
                     //比较的轮数
                     for (int i = 1; i < data.length; i++) {
                            //将相邻两个数进行比较，较大的数往后冒泡
                            for (int j = 0; j < data.length - i; j++) {
                                   if (data[j] < data[j + 1]) {
                                          //交换相邻两个数
                                          swap(data, j, j + 1);
                                   }
                            }
                     }
              } else {
                     System.out.println("您输入的排序类型错误！");
              }
              printArray(data);//输出冒泡排序后的数组值
       }
 
       /**
        * 直接选择排序法----选择排序的一种
        * 方法：每一趟从待排序的数据元素中选出最小（或最大）的一个元素， 顺序放在已排好序的数列的最后，直到全部待排序的数据元素排完。
        * 性能：比较次数O(n^2),n^2/2
        *       交换次数O(n),n
        *       交换次数比冒泡排序少多了，由于交换所需CPU时间比比较所需的CUP时间多，所以选择排序比冒泡排序快。
        *       但是N比较大时，比较所需的CPU时间占主要地位，所以这时的性能和冒泡排序差不太多，但毫无疑问肯定要快些。
        *
        * @param data 要排序的数组
        * @param sortType 排序类型
        * @return
        */
       public void selectSort(int[] data, String sortType) {
 
              if (sortType.equals("asc")) { //正排序，从小排到大
                     int index;
                     for (int i = 1; i < data.length; i++) {
                            index = 0;
                            for (int j = 1; j <= data.length - i; j++) {
                                   if (data[j] > data[index]) {
                                          index = j;
 
                                   }
                            }
                            //交换在位置data.length-i和index(最大值)两个数
                            swap(data, data.length - i, index);
                     }
              } else if (sortType.equals("desc")) { //倒排序，从大排到小
                     int index;
                     for (int i = 1; i < data.length; i++) {
                            index = 0;
                            for (int j = 1; j <= data.length - i; j++) {
                                   if (data[j] < data[index]) {
                                          index = j;
 
                                   }
                            }
                            //交换在位置data.length-i和index(最大值)两个数
                            swap(data, data.length - i, index);
                     }
              } else {
                     System.out.println("您输入的排序类型错误！");
              }
              printArray(data);//输出直接选择排序后的数组值
       }
 
       /**
        * 插入排序
        * 方法：将一个记录插入到已排好序的有序表（有可能是空表）中,从而得到一个新的记录数增1的有序表。
        * 性能：比较次数O(n^2),n^2/4
        *       复制次数O(n),n^2/4
        *       比较次数是前两者的一般，而复制所需的CPU时间较交换少，所以性能上比冒泡排序提高一倍多，而比选择排序也要快。
        *
        * @param data 要排序的数组
        * @param sortType 排序类型
        */
       public void insertSort(int[] data, String sortType) {
              if (sortType.equals("asc")) { //正排序，从小排到大
                     //比较的轮数
                     for (int i = 1; i < data.length; i++) {
                            //保证前i+1个数排好序
                            for (int j = 0; j < i; j++) {
                                   if (data[j] > data[i]) {
                                          //交换在位置j和i两个数
                                          swap(data, i, j);
                                   }
                            }
                     }
              } else if (sortType.equals("desc")) { //倒排序，从大排到小
                     //比较的轮数
                     for (int i = 1; i < data.length; i++) {
                            //保证前i+1个数排好序
                            for (int j = 0; j < i; j++) {
                                   if (data[j] < data[i]) {
                                          //交换在位置j和i两个数
                                          swap(data, i, j);
                                   }
                            }
                     }
              } else {
                     System.out.println("您输入的排序类型错误！");
              }
              printArray(data);//输出插入排序后的数组值
       }
 
       /**
        * 反转数组的方法
        * @param data 源数组
        */
       public void reverse(int[] data) {
 
              int length = data.length;
              int temp = 0;//临时变量
 
              for (int i = 0; i < length / 2; i++) {
                     temp = data[i];
                     data[i] = data[length - 1 - i];
                     data[length - 1 - i] = temp;
              }
              printArray(data);//输出到转后数组的值
       }
 
       /**
        * 快速排序
        * 快速排序使用分治法（Divide and conquer）策略来把一个序列（list）分为两个子序列（sub-lists）。
        * 步骤为：
        * 1. 从数列中挑出一个元素，称为 "基准"（pivot），
        * 2. 重新排序数列，所有元素比基准值小的摆放在基准前面，所有元素比基准值大的摆在基准的后面（相同的数可以到任一边）。在这个分割之后，该基准是它的最后位置。这个称为分割（partition）操作。
        * 3. 递归地（recursive）把小于基准值元素的子数列和大于基准值元素的子数列排序。
        * 递回的最底部情形，是数列的大小是零或一，也就是永远都已经被排序好了。虽然一直递回下去，但是这个算法总会结束，因为在每次的迭代（iteration）中，它至少会把一个元素摆到它最后的位置去。
        * @param data 待排序的数组
        * @param low
        * @param high
        * @see SortTest#qsort(int[], int, int)
        * @see SortTest#qsort_desc(int[], int, int)
        */
       public void quickSort(int[] data, String sortType) {
              if (sortType.equals("asc")) { //正排序，从小排到大
                     qsort_asc(data, 0, data.length - 1);
              } else if (sortType.equals("desc")) { //倒排序，从大排到小
                     qsort_desc(data, 0, data.length - 1);
              } else {
                     System.out.println("您输入的排序类型错误！");
              }
       }
 
       /**
        * 快速排序的具体实现，排正序
        * @param data
        * @param low
        * @param high
        */
       private void qsort_asc(int data[], int low, int high) {
              int i, j, x;
              if (low < high) { //这个条件用来结束递归
                     i = low;
                     j = high;
                     x = data[i];
                     while (i < j) {
                            while (i < j && data[j] > x) {
                                   j--; //从右向左找第一个小于x的数
                            }
                            if (i < j) {
                                   data[i] = data[j];
                                   i++;
                            }
                            while (i < j && data[i] < x) {
                                   i++; //从左向右找第一个大于x的数
                            }
                            if (i < j) {
                                   data[j] = data[i];
                                   j--;
                            }
                     }
                     data[i] = x;
                     qsort_asc(data, low, i - 1);
                     qsort_asc(data, i + 1, high);
              }
       }
 
       /**
        * 快速排序的具体实现，排倒序
        * @param data
        * @param low
        * @param high
        */
       private void qsort_desc(int data[], int low, int high) {
              int i, j, x;
              if (low < high) { //这个条件用来结束递归
                     i = low;
                     j = high;
                     x = data[i];
                     while (i < j) {
                            while (i < j && data[j] < x) {
                                   j--; //从右向左找第一个小于x的数
                            }
                            if (i < j) {
                                   data[i] = data[j];
                                   i++;
                            }
                            while (i < j && data[i] > x) {
                                   i++; //从左向右找第一个大于x的数
                            }
                            if (i < j) {
                                   data[j] = data[i];
                                   j--;
                            }
                     }
                     data[i] = x;
                     qsort_desc(data, low, i - 1);
                     qsort_desc(data, i + 1, high);
              }
       }
 
       /**
        *二分查找特定整数在整型数组中的位置(递归)
        *查找线性表必须是有序列表
        *@paramdataset
        *@paramdata
        *@parambeginIndex
        *@paramendIndex
        *@returnindex
        */
       public int binarySearch(int[] dataset, int data, int beginIndex,
                     int endIndex) {
              int midIndex = (beginIndex + endIndex) >>> 1; //相当于mid = (low + high) / 2，但是效率会高些
              if (data < dataset[beginIndex] || data > dataset[endIndex]
                            || beginIndex > endIndex)
                     return -1;
              if (data < dataset[midIndex]) {
                     return binarySearch(dataset, data, beginIndex, midIndex - 1);
              } else if (data > dataset[midIndex]) {
                     return binarySearch(dataset, data, midIndex + 1, endIndex);
              } else {
                     return midIndex;
              }
       }
 
       /**
        *二分查找特定整数在整型数组中的位置(非递归)
        *查找线性表必须是有序列表
        *@paramdataset
        *@paramdata
        *@returnindex
        */
       public int binarySearch(int[] dataset, int data) {
              int beginIndex = 0;
              int endIndex = dataset.length - 1;
              int midIndex = -1;
              if (data < dataset[beginIndex] || data > dataset[endIndex]
                            || beginIndex > endIndex)
                     return -1;
              while (beginIndex <= endIndex) {
                     midIndex = (beginIndex + endIndex) >>> 1; //相当于midIndex = (beginIndex + endIndex) / 2，但是效率会高些
                     if (data < dataset[midIndex]) {
                            endIndex = midIndex - 1;
                     } else if (data > dataset[midIndex]) {
                            beginIndex = midIndex + 1;
                     } else {
                            return midIndex;
                     }
              }
              return -1;
       }
 
       public static void main(String[] args) {
              SortTest sortTest = new SortTest();
 
              int[] array = sortTest.createArray();
 
              System.out.println("==========冒泡排序后(正序)==========");
              sortTest.bubbleSort(array, "asc");
              System.out.println("==========冒泡排序后(倒序)==========");
              sortTest.bubbleSort(array, "desc");
 
              array = sortTest.createArray();
 
              System.out.println("==========倒转数组后==========");
              sortTest.reverse(array);
 
              array = sortTest.createArray();
 
              System.out.println("==========选择排序后(正序)==========");
              sortTest.selectSort(array, "asc");
              System.out.println("==========选择排序后(倒序)==========");
              sortTest.selectSort(array, "desc");
 
              array = sortTest.createArray();
 
              System.out.println("==========插入排序后(正序)==========");
              sortTest.insertSort(array, "asc");
              System.out.println("==========插入排序后(倒序)==========");
              sortTest.insertSort(array, "desc");
 
              array = sortTest.createArray();
              System.out.println("==========快速排序后(正序)==========");
              sortTest.quickSort(array, "asc");
              sortTest.printArray(array);
              System.out.println("==========快速排序后(倒序)==========");
              sortTest.quickSort(array, "desc");
              sortTest.printArray(array);
 
              System.out.println("==========数组二分查找==========");
              System.out.println("您要找的数在第" + sortTest.binarySearch(array, 74)
                            + "个位子。（下标从0计算）");
       }
}
